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【摘 要】 结构设计是房屋建筑设计中的关键部分,它的设计质量直接关系着整个建筑物的设计质量,因此,在进行结构设计时一定要对其常见问题有充分的了解和认识。本文就对房屋建筑结构设计中的几种常见问题进行了分析。
【关键词】 房屋建筑;结构设计;常见;问题
结构设计是展现先进设计思想的关键,一个结构工程师的主要任务是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计,并能意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。结构设计之所以重要,还在于在方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的,这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案。
1 房屋建筑结构设计的基本方法
1.1结构平面图设计
在绘制结构平面布置图时,是否要输入结构软件进行建模呢?当建筑地处抗震设防烈度为6度区时,根据建筑抗震设计规范,是可以不用进行截面抗震验算的,但必须符合有关的抗震措施要求。因此对于砌体结构来说可以不用在软件中建模,直接设计即可,但设计中需要注意受压和局部受压的问题。当然,如果时间允许的情况下还是输入建模较好,有一个便利就是可以利用软件来进行荷载导算。需要注意的是,当建筑地处抗震设防烈度为7度及以上时是必须要输入软件建模计算的。
1.2屋顶(面)结构图设计
屋顶(面)结构图当建筑是坡屋面时,结构的处理方式有梁板式及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整,板跨度较大,屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面。折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角处钢筋的布置应有大样示意图。至于坡屋面板的平面画法,通常使用剖面示意图加大样详图的表示方法,这样更便于施工人员正确理解图纸。正确绘图和设计的关键是设计人员真正的心知肚明,结构设计者必须要具备一定的空间概念,正确理解建筑图纸和意图。设计的图纸方能让施工人员明白。由于屋面的起坡会造成阁楼层的部分墙体超高,要结合门窗顶设置圈梁来降低墙的计算高度。
1.3大样详图设计
在建筑详图准确无误的基础上,大样详图的绘制可在建筑详图的基础上直接绘制,也可在以前做过的详图的基础上来局部修改绘制。这阶段需要注意在保持建筑外形的前提下尽量得使结构受力合理和施工方便。在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。
1.4楼梯设计
楼梯梯板要注意挠度的控制,梯梁要注意的是梁下净高要满足建筑的要求,梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一。局部不合适处可以采用折板楼梯。折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中。注意梁下的净空要求,并要注意梯板宽度的问题。首段梯板的基础应注意基础的沉降问题,必要时应设梯梁。
1.5基础设计
基础要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求。(通常情况下可采用C30)基础的配筋应满足最小配筋率的要求(施工图审查中心重点审查部位)。条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。条基交叉处的基底面积不可重复利用,应注意调整基础宽度。局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度。基础图中的构造柱,当定位不明确时应给予准确定位。
2 房屋建筑结构设计中要遵循的基本原则
进行房屋建筑结构设计的根本目的,是为了能够更好的服务于人,使房屋建筑工程在建成之后更加方便人们的生活,不仅仅满足当代对建筑业的要求,更促进人们生活水平、生活质量的提高,而在展开具体结构设计工作的过程中,比如遵循以下四个基本原则:第一,要打通建筑的各个关节;第二,设计工作必须刚柔并济;第三,积极的设置多道防线;第四,实施设计的过程中要抓大放小。
3 结构设计中的常见问题
3.1地基与基础方面
(1)对于独栋或单体数量较少的住宅,建设单位能委托地质勘察单位进行详细的地质勘察,能为工程设计提供较为详细的勘察技术资料,而成片的多层房屋建筑往往因为地勘费用的问题,地勘单位的探点不能严格按照有关技术要求布置,多栋建筑单体参考一个探点,使得实际的地质情况与地勘报告相差较大。地基与基础设计要做到合理、安全适用,设计人员必须依据详细、真实的地质勘察资料。
(2)软弱地基处理一般采用级配砂石换填,仅仅简单提出换填深度和最终地基承载力的要求,在技术上只是草草写上严格执行《地基处理规范》,而没有针对具体的建筑物画出详细的开挖边线,如轴线变化处,突出、凹进墙体部分的开挖边线等,也没有明确砂石换填的应力扩散角具体数值。因此很多工程在地基基础施工中,不能切实有效地做好地基处理。
(3)在基础设计中,对于混凝土独立基础、筏板基础、条形基础,节点设计、构造设计中往往不明确应采用的具体技术参数,如锚固长度搭接长度是采用抗震的还是非抗震的,造成具体实施阶段的扯皮现象。
3.2砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用
在砖混结构中,构造柱不但能够提高墙体的抗剪能力,而且构造柱与圈梁联结在一起,形成对砌体的约束,这对于限制墙体裂缝的开展,保证墙体的整体性,提高结构的抗震性能有着重要的作用在当前结构设计中,构造柱经常被作为承重柱使用,这种作法将引起以下几个问题:
(1)构造柱作为承重柱使用后,由于砖砌体和混凝土材质的弹性模量不同,在变形一致的过程中使得构造柱受力较大,砖砌体承受的承载力变小,在结构一旦遭遇地震作用时,构造柱位置地震作用变大,水平剪力增大,产生应力集中,将可能造成首先破坏。这样构造柱不但起不到其应有的作用,反而成为房屋结构中的一个薄弱部位。
(2)构造柱一般生根于地圈梁中,没有另设基础,是要求墙柱协同工作。构造柱兼作承重柱使用后,柱底基础的抗冲切、抗弯及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础易发生冲切或局部承压而出现裂缝。建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计,按承重柱进行受力计算和进行基础验算设计。若梁上荷载和跨度都比较小时,构造柱也可布置于梁下,但此时必须按不考虑构造柱作用来验算下砌体墙体的局部承压和抗弯强度,经验算满足后,方可在梁下布置构造柱。
3.3承重柱截面高度设计过小
有些工程受到建筑尺寸限制或考虑美观,避免墙体表面出壳过大,把柱截面高度设计过小,使梁柱的线刚度比加大(因一些结构设计手册中规定:当梁柱的线刚度比大于4时,计算简图中梁柱节点可简化为铰支)把梁简化为铰支梁,柱按轴心受压计算。这种做法虽然易于进行结构受力分析,但却给房屋结构埋下了隐患。因为这样做忽略了梁柱间的刚结作用,即忽略了柱的约束弯矩,加之以柱截面的配筋较小,结构一旦受力后,柱顶抗弯强度必然不足,从而柱子与梁底相交处附近将会出现一条或多条水平裂缝,形成塑性饺。这样在正常使用情况下,柱子已开始带铰工作,这不但影响了房屋的耐久性,而且也常常引起用户的恐惧心理。更为严重的是,这样的结构一经遭遇地震作用时,将会倒塌,这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
3.4在框架结构设计中,只注意了横向框架的设计而忽视了纵向框架
现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算,各方面的地震作用应由各自方向的抗侧力构件来承担。就是说,在框架结构设计中,纵向框架与横向框架有同等的重要性。一些结构设计者对于非抗震设计,纵向梁按普通的连续梁进行设计,梁柱节点和框架中的纵筋、箍筋的配置无法符合框架的构造要求由于没有考虑地震的纵向作用,在实际设计中经常出现梁的支座负筋,跨中纵筋及箍筋的配置均不足的现象。
4 结束语
除了上述笔者谈到的几种常见问题外,其实在实际的设计过程中还会遇见很多的问题。做为一个优秀的结构设计工程师,对这些问题都要有充分的认识,并在设计的过程中避免这些问题,从而提高建筑物的整体设计质量。
参考文献:
[1]于洪生.浅谈建筑结构设计及其常见问题,中国新技术新产品,2012(17)
[2]郭峰,梁利生.高层建筑结构设计的问题及解决措施方案应用,科技传播,2013(13)
【关键词】 房屋建筑;结构设计;常见;问题
结构设计是展现先进设计思想的关键,一个结构工程师的主要任务是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计,并能意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。结构设计之所以重要,还在于在方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的,这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案。
1 房屋建筑结构设计的基本方法
1.1结构平面图设计
在绘制结构平面布置图时,是否要输入结构软件进行建模呢?当建筑地处抗震设防烈度为6度区时,根据建筑抗震设计规范,是可以不用进行截面抗震验算的,但必须符合有关的抗震措施要求。因此对于砌体结构来说可以不用在软件中建模,直接设计即可,但设计中需要注意受压和局部受压的问题。当然,如果时间允许的情况下还是输入建模较好,有一个便利就是可以利用软件来进行荷载导算。需要注意的是,当建筑地处抗震设防烈度为7度及以上时是必须要输入软件建模计算的。
1.2屋顶(面)结构图设计
屋顶(面)结构图当建筑是坡屋面时,结构的处理方式有梁板式及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整,板跨度较大,屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面。折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角处钢筋的布置应有大样示意图。至于坡屋面板的平面画法,通常使用剖面示意图加大样详图的表示方法,这样更便于施工人员正确理解图纸。正确绘图和设计的关键是设计人员真正的心知肚明,结构设计者必须要具备一定的空间概念,正确理解建筑图纸和意图。设计的图纸方能让施工人员明白。由于屋面的起坡会造成阁楼层的部分墙体超高,要结合门窗顶设置圈梁来降低墙的计算高度。
1.3大样详图设计
在建筑详图准确无误的基础上,大样详图的绘制可在建筑详图的基础上直接绘制,也可在以前做过的详图的基础上来局部修改绘制。这阶段需要注意在保持建筑外形的前提下尽量得使结构受力合理和施工方便。在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。
1.4楼梯设计
楼梯梯板要注意挠度的控制,梯梁要注意的是梁下净高要满足建筑的要求,梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一。局部不合适处可以采用折板楼梯。折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中。注意梁下的净空要求,并要注意梯板宽度的问题。首段梯板的基础应注意基础的沉降问题,必要时应设梯梁。
1.5基础设计
基础要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求。(通常情况下可采用C30)基础的配筋应满足最小配筋率的要求(施工图审查中心重点审查部位)。条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。条基交叉处的基底面积不可重复利用,应注意调整基础宽度。局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度。基础图中的构造柱,当定位不明确时应给予准确定位。
2 房屋建筑结构设计中要遵循的基本原则
进行房屋建筑结构设计的根本目的,是为了能够更好的服务于人,使房屋建筑工程在建成之后更加方便人们的生活,不仅仅满足当代对建筑业的要求,更促进人们生活水平、生活质量的提高,而在展开具体结构设计工作的过程中,比如遵循以下四个基本原则:第一,要打通建筑的各个关节;第二,设计工作必须刚柔并济;第三,积极的设置多道防线;第四,实施设计的过程中要抓大放小。
3 结构设计中的常见问题
3.1地基与基础方面
(1)对于独栋或单体数量较少的住宅,建设单位能委托地质勘察单位进行详细的地质勘察,能为工程设计提供较为详细的勘察技术资料,而成片的多层房屋建筑往往因为地勘费用的问题,地勘单位的探点不能严格按照有关技术要求布置,多栋建筑单体参考一个探点,使得实际的地质情况与地勘报告相差较大。地基与基础设计要做到合理、安全适用,设计人员必须依据详细、真实的地质勘察资料。
(2)软弱地基处理一般采用级配砂石换填,仅仅简单提出换填深度和最终地基承载力的要求,在技术上只是草草写上严格执行《地基处理规范》,而没有针对具体的建筑物画出详细的开挖边线,如轴线变化处,突出、凹进墙体部分的开挖边线等,也没有明确砂石换填的应力扩散角具体数值。因此很多工程在地基基础施工中,不能切实有效地做好地基处理。
(3)在基础设计中,对于混凝土独立基础、筏板基础、条形基础,节点设计、构造设计中往往不明确应采用的具体技术参数,如锚固长度搭接长度是采用抗震的还是非抗震的,造成具体实施阶段的扯皮现象。
3.2砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用
在砖混结构中,构造柱不但能够提高墙体的抗剪能力,而且构造柱与圈梁联结在一起,形成对砌体的约束,这对于限制墙体裂缝的开展,保证墙体的整体性,提高结构的抗震性能有着重要的作用在当前结构设计中,构造柱经常被作为承重柱使用,这种作法将引起以下几个问题:
(1)构造柱作为承重柱使用后,由于砖砌体和混凝土材质的弹性模量不同,在变形一致的过程中使得构造柱受力较大,砖砌体承受的承载力变小,在结构一旦遭遇地震作用时,构造柱位置地震作用变大,水平剪力增大,产生应力集中,将可能造成首先破坏。这样构造柱不但起不到其应有的作用,反而成为房屋结构中的一个薄弱部位。
(2)构造柱一般生根于地圈梁中,没有另设基础,是要求墙柱协同工作。构造柱兼作承重柱使用后,柱底基础的抗冲切、抗弯及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础易发生冲切或局部承压而出现裂缝。建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计,按承重柱进行受力计算和进行基础验算设计。若梁上荷载和跨度都比较小时,构造柱也可布置于梁下,但此时必须按不考虑构造柱作用来验算下砌体墙体的局部承压和抗弯强度,经验算满足后,方可在梁下布置构造柱。
3.3承重柱截面高度设计过小
有些工程受到建筑尺寸限制或考虑美观,避免墙体表面出壳过大,把柱截面高度设计过小,使梁柱的线刚度比加大(因一些结构设计手册中规定:当梁柱的线刚度比大于4时,计算简图中梁柱节点可简化为铰支)把梁简化为铰支梁,柱按轴心受压计算。这种做法虽然易于进行结构受力分析,但却给房屋结构埋下了隐患。因为这样做忽略了梁柱间的刚结作用,即忽略了柱的约束弯矩,加之以柱截面的配筋较小,结构一旦受力后,柱顶抗弯强度必然不足,从而柱子与梁底相交处附近将会出现一条或多条水平裂缝,形成塑性饺。这样在正常使用情况下,柱子已开始带铰工作,这不但影响了房屋的耐久性,而且也常常引起用户的恐惧心理。更为严重的是,这样的结构一经遭遇地震作用时,将会倒塌,这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
3.4在框架结构设计中,只注意了横向框架的设计而忽视了纵向框架
现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算,各方面的地震作用应由各自方向的抗侧力构件来承担。就是说,在框架结构设计中,纵向框架与横向框架有同等的重要性。一些结构设计者对于非抗震设计,纵向梁按普通的连续梁进行设计,梁柱节点和框架中的纵筋、箍筋的配置无法符合框架的构造要求由于没有考虑地震的纵向作用,在实际设计中经常出现梁的支座负筋,跨中纵筋及箍筋的配置均不足的现象。
4 结束语
除了上述笔者谈到的几种常见问题外,其实在实际的设计过程中还会遇见很多的问题。做为一个优秀的结构设计工程师,对这些问题都要有充分的认识,并在设计的过程中避免这些问题,从而提高建筑物的整体设计质量。
参考文献:
[1]于洪生.浅谈建筑结构设计及其常见问题,中国新技术新产品,2012(17)
[2]郭峰,梁利生.高层建筑结构设计的问题及解决措施方案应用,科技传播,2013(13)